基于AT89S51單片機的沖床控制器

本文介紹了一種用Atmel89S51單片機仿真PLC控制的方法，設計適合剛性離合器沖床的控制器，介紹了用光電隔離的輸入輸出電路的基本構成和工作原理，重點介紹了內部鍵盤顯示電路的設計思想，同時給出了沖床控制的電器原理圖。

系統硬件配置以AT89S51單片機為核心。AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含４Kb ISP（In-system programmable）可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，內置看門狗（WDT）電路。
功能強大的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。采用該單片機設計的沖床控制器，具有以下幾個特點：

圖1 控制器的硬件結構框圖

● 控制器采用PLC設計的理念，可靠性高，抗干擾能力強。
● 面板上6位七段LED顯示，既可以用來調節參數，工作時也可以顯示計數值。
● 模塊化設計，體積小巧，便于安裝。
● 利用AT89S51具有ISP的功能，可現場下載程序以實現可編程控制器的功能。

硬件設計

控制器的硬件結構如圖1所示，主要有鍵盤顯示電路、EEPROM電路、掉電檢測、程序下載接口、光電隔離輸入輸出等模塊組成。電源模塊是用TOP220Y設計的具有+24V和+5V輸出的開關電源。當系統斷電瞬間掉電檢測電路發信號給AT89S51,系統立即把參數和計數值存放到EEPROM電路中。

鍵盤顯示電路如圖2所示，為了節省I/O口線，這里復用了P0口的低3位。下面介紹該電路的工作原理：顯示時，先置P3.3，P0.0～P0.5為高電平，再依次將顯示內容所對應的編碼經串入并出的移位寄存器74HC164輸出到共陰極數碼管，然后把要顯示的位選置低，延時1ms，再把該顯示的位選置高。只要這種動態掃描的頻率足夠高，本控制器采用80Hz，由于人眼的視覺暫留特性，就可以實現顯示的功能，并沒有閃爍的現象。掃描鍵盤時，把P3.3置為低電平，這時74HC164的輸出均為低電平，這樣就防止了在掃描鍵盤時干擾顯示。當沒有鍵按下時，讀出的P0.0～ P0.2均為低電平，當有鍵盤按下時，相應輸入會讀出為高電平，再經延時去抖動法可判斷出是哪個鍵被按下，再轉到相應鍵的功能程序。本控制器的顯示掃描、鍵盤掃描、鍵的去抖動都是放在定時器中斷中完成的。

圖2 鍵盤顯示電路結構原理圖

光電隔離輸入電路如圖3所示，輸入端子和COM端子之間用無電壓接點或NPN開集電極晶體管連接，為了可靠起見，輸入電流為7mA，則輸入為ON。當輸入電流低于1.5mA則輸入為OFF。輸出電路采用光電隔離的繼電器輸出，將控制器內部電路與外部電路進行電氣隔離，防止外部的干擾。

圖3 光電隔離輸入輸出電路

具體應用

沖床控制接線如圖4所示，工作時，面板上的6位數碼管顯示計數值，當需要設置參數時，按下功能建5秒后，可依次設定單次動作持續時間、需潤滑的工作次數、潤滑持續時間等參數。

轉動選擇開關到單次行程位置，滑塊處于上死點范圍內時，左手右手按鈕同時按下，則雙聯閥得電，滑塊往復運動一次，當凸輪轉到制動位置時，控制器使雙聯閥失電，使滑塊停在上死點的位置。

圖4 沖床控制接線圖

當選擇開關置于寸動位置時，同時按下左、右手按鈕，控制器使雙聯閥得電，可使滑塊動作，松開按鈕，控制器使雙聯閥失電，滑塊隨即停止。

總結

本文所述的用AT89S51單片機設計的沖床控制器，經試驗運行，該控制器的運行可靠、抗干擾能力強，與軟件算法設計以及光電保護的配合，可有效防止沖床的連沖，保障了操作人員的安全。另外，AT89S51單片機因其指令系統豐富、小巧、低價、靈活易擴展等獨特的優點，在所設計的沖床控制器使整個系統的性價比得以大幅度的提高。